Die Internetnutzung steckt bei Handys, Smartphones und Geräten wie PDAs nach wie vor in den Kinderschuhen, davon ist Intel überzeugt. Die Rechenleistung, Energieverbrauch und Kompatibilität mit den verschiedensten Internetanwendungen stellen Hürden dar, um das Web mit all seinen Facetten auf mobilen Endgeräten im Westentaschenformat zu nutzen.
Bei diesen Herausforderungen setzt Intel mit der Centrino-Atom-Prozessortechnologie an. Sie ist Intels erste Plattform für Mobile Internet Devices, vergleichbar mit Centrino für Notebooks. Centrino Atom soll laut Intel in einer neuen Klasse von Mini-Computern stecken, die zwischen Notebook und Handy angesiedelt sind. Intel nennt sie Mobile Internet Devices (MID). Die Atom-CPUs sind auch für günstige kleine Notebooks zur Internetnutzung gedacht, für die der Hersteller die Bezeichnung „Netbooks“ verwendet.
Intel hofft, dass die kleinen und besonders sparsamen 45-nm-Prozessoren Geräten für die mobile Internetnutzung einen Schub geben können. Deren Verbreitung wurde bisher unter anderem von zu kurzen Batterielaufzeiten oder zu niedriger Rechenleistung oder nicht angemessenen Preisen gebremst. Den Namen UMPC vermeidet Intel allerdings tunlichst bei den genannten Einsatzzwecken des Atom. Insbesondere in Europa war den 2006 erstmals vorgestellten Ultra Mobile PCs bislang nur mäßiger Erfolg beschieden. Stattdessen spricht Intel bevorzugt von Mobile Internet Devices oder kurz MIDs.
Atom-CPU mit neuer Architektur
Intels Atom arbeitet anstatt mit der bei x86-Prozessoren üblichen Out-of-Order-Pipeline mit einer zwei Instruktionen pro Taktzyklus unterstützenden In-Order-Pipeline. Durch die In-Order-Pipeline wird komplexe Logik zur optimalen und Performance-steigernden Reorganisation der eingehenden Befehle gespart. Weniger Logik bedeutet weniger Transistoren und somit ein sparsameres CPU-Design. Bei der In-Order-Pipeline verarbeitet Atom die Befehle in der eingehenden Reihenfolge.
Dank Hyper-Threading kann die Mobile-CPU zwei Threads gleichzeitig bearbeiten. Laut Intel steigert Hyper-Threading bei der In-Order-Architektur die Performance um 30 Prozent bei einem zusätzlichen Energiebedarf von 15 Prozent. Für flinke Multimedia-Performance soll auch Intels Digital Media Boost mit SSE3-Unterstützung sorgen. Der 128-Bit-SIMD-Integer-Datenpfad wird über zwei ALUs und eine Shuffle Unit ausgeführt. Atom ist laut Intel kompatibel mit der Core 2 Duo ISA und beherrscht somit auch den 64-Bit-Support sowie die Virtualisierungstechnologie VT.
Neben den L1-Caches von 32 KByte für Befehle mit Pre-Decode-Erweiterung und 24 KByte für Daten in Writeback-Ausführung kann der x86-Prozessor auf einen 512 KByte großen L2-Cache zurückgreifen. Mit dem für Atom vorgesehenen Chipsatz „Poulsbo“ kommuniziert die CPU über einen FSB533.
Minimierter Energieverbrauch
Der mit Intels 45-nm-High-K-Prozess produzierte Atom-Prozessor benötigt eine Die-Fläche von nur 24,2 mm² bei Abmessungen von 7,8 x 3,1 mm. Darauf breiten sich 47 Millionen Transistoren aus. Bei Taktfrequenzen bis hoch zu 1,86 GHz spezifiziert Intel bei den Atom-CPUs TDP-Werte von 0,6 bis 2,4 Watt. Bei aktiviertem Hyper-Threading sind auf den TDP-Wert zusätzliche 200 mW aufzuschlagen.
Zum Vergleich: Die mobilen Core 2 Duo besitzen laut Intel TDP-Werte von 35 Watt. Die Low-Voltage-Versionen kommen auf 17 Watt, die Ultra-Low-Voltage-Varianten auf 10 Watt. Im typischen Betrieb – gemessen mit MobileMark 2005 – begnügen sich Atom-CPUs mit weniger als 220 mW, wie der Hersteller weiter angibt.
Um den niedrigen Energiebedarf von Atom zu realisieren, setzt Intel auf eine neue „Deep Power Down Technology“. Bei diesem Energiesparmodus C6 schaltet sich bis auf ein spezielles 10,5 KByte fassendes C6-Array für den CPU-Status Atom fast komplett aus. Das „Einschlafen“ und „Aufwachen“ des Prozessors soll dabei weniger als 100 µs benötigen. Im Leerlauf mit dem C6-Mode benötigt Atom zirka 80 bis 100 mW.
Die L2-Cache-Größe von 512 KByte kann Atom zu Energiesparzwecken dynamisch reduzieren, wenn der Puffer nur partiell benötigt wird. Mit Enhanced SpeedStep passt der Prozessor zudem die Taktfrequenz und Core-Spannung dynamisch je nach CPU-Auslastung an. Zusätzlich ist Atom mit einer Split Power Lane ausgestattet. Damit erlaubt die CPU eine aggressive Reduzierung des Energiebedarfs bei den verschiedenen CPU-Zuständen im Leerlauf oder unter Last.
Mit allen Energiesparmaßnahmen soll Intels Atom um den Faktor 10 sparsamer sein als der Dothan-basierende UMPC-Prozessor A100/110 „Stealey“ der Centrino-Atom-Vorgängerplattform McCaslin.
Atom-Modelle im Überblick
Intel bietet zur Vorstellung der Centrino-Atom-Technologie fünf verschiedene Prozessormodelle an. Als Einstiegsmodell fungiert der Atom Z500 mit 800 MHz Taktfrequenz. Intel spezifiziert den Atom-Einsteiger mit einem TDP-Wert von 0,6 bis 0,7 Watt. Das Modell Atom Z510 mit 1,1 GHz Taktfrequenz stuft Intel mit 2,0 Watt TDP ein. Beide Prozessoren unterstützen kein Hyper-Threading.
Der Atom Z520, Z530 und das Topmodell Z540 besitzen dagegen die Hyper-Threading-Technologie. Bei Taktfrequenzen von 1,33 GHz (Z520) und 1,6 GHz (Z530) spezifiziert Intel einen TDP-Wert von 2,0 Watt – wenn Hyper-Threading nicht aktiviert ist. Wird die Multithread-Technologie genutzt, so steigt die TDP auf 2,2 Watt. Das Topmodell Atom Z540 arbeitet mit 1,86 GHz Taktfrequenz und erhält eine TDP-Einstufung von 2,4 Watt. Mit aktiviertem Hyper-Threading gibt Intel mit 2,64 Watt ebenfalls eine höhere TDP an.
Die Preise für die Atom-Prozessoren beginnen bei 45 US-Dollar für das Modell Z500 und Z510 bei einer Abnahmemenge von jeweils 1000 Stück. Der Atom Z520, Z530 und Z540 kosten 65,95 beziehungsweise 160 US-Dollar.
Ultra-Mobile-Plattform Centrino Atom
Für die neue Ultra-Mobile-Plattform Centrino Atom bietet Intel neben dem Atom-Prozessor mit Codenamen „Silverthorne“ den Chipsatz mit dem Codenamen „Poulsbo“ an. Dieser Intel-System-Controller-Hub stellt eine Single-Chip-Lösung dar. Die Centrino-Atom-Plattform war bisher unter dem Codenamen „Menlow“ bekannt.
Der System-Controller-Hub bietet eine Low-Power-3D-Grafik und kann HD-Video-Dekodierung 720p und 1080i unterstützen. Dabei beherrscht der Chipsatz Display-Auflösungen bis 1366 mal 768 Bildpunkten bei LVDS, 1280 mal 1024 Bildpunkte bei SDVO sowie ein HDTV-Bild mit 720p oder 1080i. Für akustische Untermalung sorgt Poulsbo mit Intels High Definition Audio.
Je nach eingesetztem Atom arbeitet der System Controller Hub mit einer FSB-Geschwindigkeit von 400 oder 533 MHz. Der integrierte Speicher-Controller steuert einen DDR2-Channel mit ebenfalls 400 oder 533 MHz Taktfrequenz an. Poulsbo unterstützt maximal 1 GByte Arbeitsspeicher.
Für Peripherie bietet der Chipsatz Schnittstellen für zwei PCI Express x1 und acht USB-2.0-Ports. Eine Festplatte beziehungsweise eine Solid State Disk können über das Ultra-ATA/100-Interface angeschlossen werden. Durch den SDIO/MMC-Port steht externen Flash-basierten Speicherkarten ein Anschluss bereit.
Um die Akkulaufzeit zu verlängern, kann Intels Rapid Memory Powermanagement den Arbeitsspeicher in einen Stromsparmodus versetzen. Die Intel-Display-Power-Saving-Technologie soll außerdem die Panel-Hintergrundbeleuchtung reduzieren, ohne die visuelle Darstellungsqualität wesentlich zu beeinträchtigen.
Im typischen Betrieb – ermittelt mit MobileMark 2005 – soll der Chipsatz laut Intel 600 bis 800 mW konsumieren. Zusammen mit den circa 220 mW des Atom im normalen Betrieb begnügt sich das Prozessor-Chipsatz-Gespann mit etwa 1 Watt.
Centrino Atom: Voraussetzungen
Für die Centrino-Atom-Technologie setzt Intel bestimmte Komponenten voraus. Hierzu zählen der Atom-Prozessor „Silverthorne“, der Chipsatz „Poulsbo“, ein drahtloser Internetzugang, Akkubetrieb sowie ein kompakter Formfaktor. Den kompakten Formfaktor gibt Intel mit einer maximalen Diagonalen des Geräts von rund 190 mm an.
Ein Menlow-basierendes Mainboard benötigt laut Intel eine Größe von 74 x 143 mm. Auf einer optionalen Mini Card lassen sich verschiedene Connectivity-Lösungen wie WiMAX und UMTS/HSDPA oder Wireless LAN 802.11b/g, Bluetooth und GPS integrieren. Die Integration wird zum Teil natürlich von den anvisierten Märkten abhängen, so sieht der Hersteller in Europa eher eine UMTS-Integration als WiMAX. Anders als bei Centrino-Notebooks ist für die Erlangung des Centrino-Atom-Logos nicht zwangsläufig eine WLAN-Lösung von Intel erforderlich. Hier darf auch die Lösung eines Drittherstellers zum Einsatz kommen.
Für Geräte mit Centrino-Atom-Logo sieht Intel Display- und Touchscreen-Größen von 4,8, 5,6 und 7 Zoll vor. Dabei sollen die Panels Auflösungen von 800 mal 480 oder 1024 mal 600 Pixel bieten. Beim Massenspeicher sollen 1,8-Zoll-Festplatten mit 4200 U/min Einsatz finden beziehungsweise entsprechende Flash-basierende Laufwerke. Für genügend Laufzeit werden für Centrino Atom Geräte mit Lithium-Polymer-Akkus bevorzugt.
In der folgenden Abbildung sehen Sie, welche Features Centrino-Atom-basierende MIDs bieten sollen:
Bilder von ersten MIDs mit Centrino Atom
Auf dem Intel-Developer-Forum in Shanghai vom 2. bis 3. April zeigen Intel und OEM-Hersteller erste Samples von Mobile Internet Devices „MID“ mit Centrino-Atom-Technologie. Details über die Features, Preise, Vorstellungstermin und Akkulaufzeiten der gezeigten MIDs sind noch nicht bekannt. Erste MIDs sollen laut Intel allerdings noch im zweiten Quartal 2008 auf den Markt kommen.
Performance von Atom
Die Performance von Atom ist laut Intel mit aktuellen Ultra-Mobile-PCs vergleichbar. Hier kommen aktuell hauptsächlich VIAs C7 sowie Intels A100/A110 auf Celeron-Basis zum Einsatz.
Intels Angaben zufolge erreicht ein Atom Z540 mit 1,86 GHz Taktfrequenz beim bereits nicht mehr aktuellen Single-Thread-Integer-Benchmark SPECint_base2000 der SPEC CPU2000 Suite einen Wert von 649 Punkten. Zum Vergleich: Ein Core 2 Duo E4300 mit 1,8 GHz Taktfrequenz erreichte im TecChannel-Testlabor eine Integer-Performance von 1841 Punkten. Damit arbeitet die Desktop-CPU fast dreimal so schnell wie der Atom Z540.
Gegenüber den in vielen aktuellen mobilen Internet Devices eingesetzten ARM-Prozessoren gibt Intel die doppelte Performance für den Atom an. Als Basis des Vergleichs dient die EEMBC Suite v1.1. Ein Atom Z530 mit 1,6 GHz Taktfrequenz erreicht laut Intels Angaben den doppelten Score des ARM-Prozessors Cortex A8 mit 1,0 GHz Taktfrequenz.
Das Aufbauen von Internetseiten mit allen grafischen Elementen erledigen Intels Atom-Prozessoren 4,1- bis 6,5-mal schneller als eine 400-MHz-ARM11-CPU OMAP2420.
Nachfolger Moorestown für Smartphones
Als nächsten Schritt für das mobile Internet sieht Intel die für 2009 angekündigten Centrino-Atom-Nachfolger „Moorestown“ an. Mit noch höherer Integration sollen Intel-Prozessoren dann zukünftig Smartphones mit Rechenleistung versorgen. So nannte Intel die jetztige Atom-Generation bei deren ersten öffentlichen Bekanntgabe im März ganz unverhohlen nur einen Zwischenschritt.
Die Moorestown-Plattform setzt sich aus dem 45-nm-Prozessor „Lincroft“, dem Chipsatz „Langwell“ sowie dem Kommunikations-Chip „Evans Peak“ zusammen. Die Besonderheit des Prozessors Lincroft ist sein SoC-Design.
Neben einem Low-Power-Core auf Basis des Silverthorne vereint Lincroft den Speicher-Controller, die Grafik-Engine und einen Video-Encoder/Decoder auf einem Die. Der separate Low-Power-Communication-Hub Langwell integriert einen Solid-State-Disk-Controller sowie diverse I/O-Schnittstellen. Evans Peak sorgt für Connectivity durch Wireless LAN, WiMAX und GPS. Außerdem wird optional noch 3G und Mobile TV angeboten.
Laut Intel sollen sich UMPCs auf Basis der Moorestown-Plattform im „Leerlauf“ mit einem Zehntel der Energie von Menlow-Geräten begnügen. Unter Last begnügt sich Moorestown mit der halben Energie. Den Platzbedarf der Komponenten halbiert Intel eigenen Angaben zufolge ebenfalls.
Fazit
Webinhalte seien auf Basis von x86-Technologie geschrieben, gibt Intel an. Heutige Handy-Prozessoren kämen jedoch mit dieser Technologie nicht zurecht, was sich beispielsweise dadurch zeige, dass Flash-Inhalte auf diesen Geräten nicht wiedergegeben werden können. Hier sieht Intel die große Chance für die Centrino-Atom-Technologie. Denn Centrino Atom erfülle alle Anforderungen von mobilen Endgeräten in Bezug auf Größe, Performance und geringem Energiebedarf sowie dem problemlosen Umgang mit x86-Anwendungen.
Zwar lässt sich die Performance des Atom nicht mit einem Core 2 Duo bei gleicher Taktfrequenz vergleichen. Durch die In-Order-Architektur und den wesentlich kleineren Caches ist der Atom schon auf dem Papier deutlich unterlegen. Als Vergleich und Konkurrenten von Atom gelten jedoch hauptsächlich VIAs C7-Prozessoren sowie ARM-CPUs.
Die entscheidende Frage nach dem Erfolg von Intels Centrino Atom liegt aber im Preis, dem Handling und der Akkulaufzeit entsprechender UMPCs beziehungsweise MIDs, wie Intel die Geräte nennt. Besonders in Europa konnte bisher kaum ein Gerät dieser Klasse rundum überzeugen, meist sind die Preise für den gebotenen Nutzwert überzogen. Wenn 2009 der Centrino-Atom-Nachfolger „Moorestown“ für Smartphones bereit ist, wird sich der Erfolg wohl leichter einstellen. Gerüchten zufolge wird Apple seine Intel-Strategie dann auch auf das iPhone übertragen. (cvi)